Le nebulose planetarie stanno espandendo i gusci di gas che vengono espulsi dalle stelle simili al Sole alla fine della loro vita. Le stelle simili al sole trascorrono gran parte della loro vita bruciando idrogeno in elio. Alla fine di questa fase di fusione dell'idrogeno, queste stelle aumentano il loro diametro di circa un fattore 100 e diventano "stelle giganti rosse". Alla fine della fase del gigante rosso, gli strati esterni della stella vengono spazzati via. Il gas espulso continua ad espandersi dalla stella centrale rimanente, che successivamente si evolve in una "nana bianca" quando tutta la fusione nucleare è cessata. Gli astronomi credono che si formi una nebulosa planetaria quando un vento stellare veloce che proviene dalla stella centrale raggiunge un vento più lento prodotto in precedenza quando la stella ha espulso la maggior parte dei suoi strati esterni. Al confine tra i due venti, si verifica uno shock che produce il guscio denso visibile caratteristico delle nebulose planetarie. Il guscio di gas è eccitato e illuminato dalla luce emessa dalla stella centrale calda. La luce della stella centrale è in grado di illuminare la nebulosa planetaria per circa 10.000 anni.
Le forme osservate delle nebulose planetarie sono molto sconcertanti: la maggior parte (circa l'80%) sono bipolari o ellittiche piuttosto che sfericamente simmetriche. Questa complessità ha portato a immagini meravigliose e sorprendenti ottenute con i moderni telescopi. Le immagini seguenti confrontano le nebulose planetarie con forme bipolari (a sinistra) e sferiche (a destra).
Il motivo per cui la maggior parte delle nebulose planetarie non sono sferiche non è ben compreso. Diverse ipotesi sono state considerate finora. Uno di questi suggerisce che le strane forme delle nebulose planetarie potrebbero essere dovute a qualche effetto centrifugo che deriva dalla rapida rotazione dei giganti rossi. Un'altra teoria è che la simmetria del vento della stella potrebbe essere influenzata da una stella compagna. Tuttavia, le teorie più recenti e convincenti che spiegano le forme delle nebulose coinvolgono campi magnetici.
La presenza di campi magnetici spiegherebbe bene le forme complicate delle nebulose planetarie, poiché la materia espulsa viene intrappolata lungo le linee del campo magnetico. Questo può essere paragonato alle limature di ferro intrappolate lungo le linee di campo di un magnete a barra - una dimostrazione classica nelle aule di fisica delle scuole superiori. Poiché forti campi magnetici sulla superficie della stella esercitano anche una pressione sul gas, la materia può più facilmente lasciare la stella sui poli magnetici in cui il campo magnetico è più forte.
Esistono diversi modi in cui è possibile creare campi magnetici in prossimità di nebulose planetarie. I campi magnetici possono essere prodotti da una dinamo stellare durante la fase in cui la nebulosa viene espulsa. Perché esista una dinamo, il nucleo della stella deve ruotare più velocemente dell'inviluppo (come nel caso del Sole). È anche possibile che i campi magnetici siano reliquie fossili di precedenti stadi di evoluzione stellare. Nella maggior parte dei casi, la materia nelle stelle è così altamente elettricamente conduttiva che i campi magnetici possono sopravvivere per milioni o miliardi di anni. Entrambi i meccanismi, combinati con l'interazione della materia espulsa con il gas interstellare circostante, sarebbero in grado di modellare le nebulose planetarie.
Fino a poco tempo fa, l'idea che i campi magnetici fossero un ingrediente importante nella formazione di nebulose planetarie era un'affermazione puramente teorica. Nel 2002 sono state trovate le prime indicazioni della presenza di tali campi magnetici. Le osservazioni radio hanno rivelato campi magnetici in involucri circumstellari di stelle giganti. Queste buste circumstellari sono davvero progenitrici di nebulose planetarie. Tuttavia, tale campo magnetico non è mai stato osservato nelle nebulose stesse. Per ottenere l'indizio diretto della presenza di campi magnetici nelle nebulose planetarie, gli astronomi hanno deciso di concentrarsi sulle stelle centrali, dove i campi magnetici avrebbero dovuto sopravvivere.
Questa prima prova diretta è stata ora ottenuta. Per la prima volta, Stefan Jordan e il suo team hanno rilevato campi magnetici in diverse stelle centrali di nebulose planetarie. Utilizzando lo spettrografo FORS1 del Very Large Telescope di classe 8 m (VLT, European Southern Observatory, Cile), hanno misurato la polarizzazione della luce emessa da quattro di queste stelle. Le firme di polarizzazione nelle linee spettrali consentono di determinare l'intensità dei campi magnetici nelle stelle osservate. In presenza di un campo magnetico, gli atomi cambiano la loro energia in modo caratteristico; questo effetto è chiamato effetto Zeeman ed è stato scoperto nel 1896 da Pieter Zeeman a Leida (Paesi Bassi). Se questi atomi assorbono o emettono luce, la luce si polarizza. Ciò consente di determinare l'intensità del campo magnetico misurando l'intensità della polarizzazione. Queste firme di polarizzazione sono generalmente molto deboli. Tali misurazioni richiedono dati di altissima qualità che possono essere ottenuti solo con telescopi di classe 8 metri come il VLT.
La squadra ha osservato quattro stelle centrali di nebulose planetarie e in tutti sono stati trovati campi magnetici. Queste quattro stelle sono state scelte perché le loro nebulose planetarie associate (chiamate NGC 1360, HBDS1, EGB 5 e Abell 36) sono tutte non sferiche. Pertanto, se l'ipotesi del campo magnetico per spiegare le forme delle nebulose planetarie è corretta, queste stelle dovrebbero avere forti campi magnetici. Questi nuovi risultati mostrano che è proprio così: i punti di forza dei campi magnetici rilevati vanno da 1000 a 3000 Gauss, ovvero circa mille volte l'intensità del campo magnetico globale del Sole.
Queste nuove osservazioni pubblicate da Stefan Jordan e dai suoi colleghi supportano l'ipotesi che i campi magnetici svolgano un ruolo importante nella formazione delle nebulose planetarie. Il team ora prevede di cercare campi magnetici nelle stelle centrali delle nebulose planetarie sferiche. Tali stelle dovrebbero avere campi magnetici più deboli di quelli appena rilevati. Queste osservazioni future consentiranno agli astronomi di quantificare meglio la correlazione tra i campi magnetici e le strane forme delle nebulose planetarie.
Negli ultimi anni, le osservazioni polarimetriche con il VLT hanno portato alla scoperta di campi magnetici in un gran numero di oggetti stellari in fasi evolutive tardive. Oltre a migliorare la nostra comprensione di queste meravigliose forme di nebulose planetarie, la rilevazione di questi campi magnetici consente alla scienza di fare un passo avanti verso il chiarimento della relazione tra campi magnetici e fisica stellare.
Fonte originale: NASA Astrobiology Story
